CC BY
25ИВИ!
Владимир Николаевич Макаров,
доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий лабораторией геохимии криолитозоны Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.
МИШИНЫХ
Криолитозона (толща многолет-немерзлых пород) существует почти на 25% суши Земли, при этом она развита в значительной части территории нашей страны (около 65%) ? большей части Сибири, Дальнем Востоке и на всем Северо-Востоке. Сюда входят районы интенсивного хозяйственно освоения, где широко ведутся поиски месторождений полезных ископаемых. Многочисленные данные, накопленные к настоящему времени как у нас в стране, так и за рубежом, привели к выводу, что геохимические исследования являются мощным средством быстрой и относительно дешевой оценки перспектив недостаточно изученных в геологическом отношении регионов. Использование геохимических методов поисков рудных месторождений выявило сложный характер проявлений вторичных ореолов и потоков рассеяния их элементов в криолитозоне.
Проблема формирования геохимических полей месторождений рассматривалась ведущими российскими учеными (Н. И. Софроновым,
A. П. Солововым, В. В. Поликарпочки-ным и др.) с 30-х годов прошлого века. Они создали теоретическую базу исследований применительно к территориям, где отсутствует многолетняя мерзлота. В криолитозоне геохимические поиски проводили, начиная с 60-х годов, И. П. Винокуров, А. М. Иванова, О. П. Иванов, В. Н. Макаров,
B. М. Питулько, Н. П. Чибисов,
C. Л. Шварцев и др.
В. Н. Макаров
Изучение особенностей гипергенного рассеяния и концентрации химических элементов в толще многолет-немерзлых пород дало интересные результаты. Особое внимание привлекают выводы, опубликованные в трудах мерзлотоведов А. А. Ананяна, И. А. Тютюнова, М. М. Дербеневой и др. Они выдвинули и экспериментально обосновали положения о существовании в мерзлых породах воды в жидкой фазе, не замерзающей в широком диапазоне отрицательных температур, а также о способности незамерзшей воды мигрировать в мерзлой толще под действием градиентов температуры, влажности, концентрации, электрических полей.
В геологии многие годы господствовали воззрения, согласно которым многолетняя мерзлота считалась зоной химического покоя, или зоной замедленных химических реакций, в пределах которой роль выветривания минимальна [1 ? 3]. Первым исследователем, обратившим внимание на необходимость учета криогенных про-цессо в при анализе условий формирования месторождений полезных ископаемых в криолитозоне, был известный мерзлотовед член-корр. АН СССР П. Ф. Швецов. В статье «Криогенные геохимические поля на территории многолетней криолитозоны», опубликованной в «Известиях АН СССР» в 1961 г. он отмечал: «значит ельны й научный и некоторый прак-т ический инт ерес вызовет ... мало или совсем не известное геохимикам
На фото вверху ? вид мест орождения Кумт ор (Тянь-Шань) с высоты 4251 м. Здесь в ледниках могут формироваться криогенные геохимические ореолы [http://picasaweb.googie.eom/M.KAPABAHOB/TLwiyC].
Тундровый ландшафт на севере Якутии в районе пос. Кулар.
Фото М. Н. Григорьева.
фазовых переходов воды как агентов миграции вещества.
Зоны окисления сульфидных месторождений, формирующиеся в криогенных условиях, служат убедительным примером своеобразия геохимического облика криолитосферы. Они резко выделяются повышенной сульфатностью, характером вторичной зональности и глубиной развития. В пределах сезонноталого слоя, например, зимой интенсивно накапливаются разнообразные легкорастворимые соли. Его промерзание сопровождается многочисленными электрическими явлениями, в том числе и таким важным, как отталкивание дисперсных частиц от фронта кристаллизации. Это вызывает «подсасывание» влаги, адсорбированной на поверхности минеральных зерен, и поступление растворенных в ней элементов к дневной поверхности. Таким образом, верхняя часть мерзлых пород, отличающаяся непостоянством температурного режима и отсутствием свободной гравитационной воды, и в зимний период ока-
явление криогенном концентрации гидрогенетических элементов и их соединений в ряде районов многолетней криолитозоны» [4, стр. 46].
В последние 40 ? 50 лет область распространения многолетнемерзлых пород стала объектом интенсивных геохимических исследований, поскольку были разработаны научные основы поисков рудных месторождений в обширных районах Севера. Результаты этих работ показали, что не только в сезон-ноталом слое, но и во всем объеме многолетне-мерзлой толщи происходит масштабное перераспределение вещества, приводящее к изменению химического и минерального состава пород [5 ? 8]. Криогенная миграция элементов протекает под влиянием химических и физико-химических процессов, прямо или косвенно регламентируемых длительностью их пребывания в обстановке мерзлотного режима и его условиями. Она весьма специфична, поскольку происходит при отрицательной температуре в отсутствие объемной водной фазы и обусловлена существованием незамерзших пленок связанной воды. Столь же специфичны состав и свойства среды, в которой перемещаются водорастворимые соединения - продукты криогенного выветривания, которому подвержены не только рыхлый покров, но и скальные породы. Для таких продуктов чрезвычайно характерно большое содержание пы-леватой фракции, образующейся как в результате интенсивного морозного дробления крупных частиц, так и за счет образования вторичных микроагрегатов, которые формируются химическим путем. В пределах карбонатных, соленосных и насыщенных сульфидами формаций эрозионные процессы проходят при преобладании химического выветривания. Наиболее важной особенностью криогенной коры выветривания является ведущая роль льда и
Ледники хребта Ак-Шийрак (Тянь-Шань), перекрывающие рудные т ела мест орождения Кумт ор [http://picasaweb.google.eom/M.KAPABAHOB/TLwlyC].
зывается ареной активных окислительных процессов с участием атмосферного кислорода.
В комплекс криогенной миграции включаются такие процессы: механическое распределение грунта в моро-зобойных трещинах, формах криогенного микрорельефа и непосредственно на контактах ледяных жил; механическое и солевое перемещение вещества вверх при вымораживании гравитационных рыхлосвязанных вод; зимняя восходящая миграция растворенных веществ по пленкам связанной воды; сорбционно-солевое и биогенное закрепление перемещенных растворимых компонентов в почвенном профиле. Значительная часть перечисленных процессов реализуется не только в криолито-зоне, в то время как формирование наложенных ореолов на поверхности ледников и над погребенными россыпями есть, скорее всего, исключительная привилегия районов распространения многолетнемерзлых пород.
Особенно благодатным материалом для быстрого и широкого рассеяния многих металлов в ландшафтах криолитозоны служат выходы сульфатсодержащих окисленных руд и развитые над ними криогенные геохимические ореолы. К границе раздела твердых и газообразных сред приурочено выделение солей кристаллогидратов. Современные солевые выцветы распространены, например, на поверхности обломочных частиц в промерзшей части сезоннопротаивающего слоя, а также на поверхности наледей. В последнем случае накапливаются элементы, характеризующие металлогенические особенности водосборных площадей [9].
В пределах рудных полей формируются обширные ореольные ландшафты сульфатного типа, в которых оруденение проявляется яркими аномалиями в составе почв, растительности, грунтовых вод и подземного льда. Лед и снег представляют весьма заманчивую среду для поискового опробования, которое может стать эффективным средством изучения гляциальных и перигляци-альных обстановок с применением экспресс-методик гидрохимических поисков [10, 11].
Геохимические поля погребенных месторождений весьма слабоконтрастны, поэтому их обнаружение требует усиления полезного сигнала. Это достигается либо специальной обработкой данных, либо выделением наиболее информативной фазы рассеяния элементов. Наиболее высокое содержание их подвижных форм отмечается в сезонноталом слое. Результаты криогенной солевой миграции рудных элементов, проявившейся в чистом виде, нам удалось наблюдать при исследованиях,
Абс отм ,м
Рис. 1. Наложенный криогенный ореол рассеяния над погребенной россыпью золота: 1 - почвы;
2 - льды, суглинки, супеси; 3 ? глины; 4 - суглинки, галечники; 5 - песчано-глинистые сланцы; 6 - россыпь золота; 7 - олигоценовые
щебенчат о-галечные от ложения; ореолы водорастворимого золота, мкг/л: 8 ? < 3; 9 ? 3,5;
10 ? 5 ?10; 11 ? > 10.
проведенных Институтом мерзлотоведения СО РАН на целом ряде погребенных коренных и россыпных месторождений. Приведем два наиболее показательных примера.
Наложенный криогенный ореол рассеяния золота образовался над погребенной россыпью в Куларском золотоносном районе Якутии (рис. 1). Россыпь приурочена к палеогеновым галечникам и образовалась в услови-
Ледник Давыдова. Тянь-Шань [http://picasaweb.google.eom/M.KAPABAHOB/TLwlyC].
Геохимические аномалии на поверхности ледников, перекрывающих рудные т ела
Ледник Состав аномалии на поверхности ледника Ширина аномалии, м Мощность ледника, м
Лысый Си, гп, W, Аи, Сг 200 60
Сарытор Ве, Си, гп, Бп, Сг, РЬ, Мп, Т1, Аи, Мо,ТР 150?200 90
Давыдова Аи, РЬ, Сг, Си, Мо, W, Бп, Ыа, Б 200?600 134
№ 121 Аи, W, Ад, Сг, Си, гп, Мо, Бп, РЬ 100?150 50?60
Петрова Аи, W, V, Сг, Си, гп, Мо, Бп, РЬ, В1 250 40
Боорду Аи, Си, гп, Мо, Бп, РЬ, W, В1, V, Сг, Б 200?250 100
ях теплого влажного климата предшествующей эпохи. Криогенный геохимический ореол формировался в холодном климате плейстоцена и голоцена. Вертикальная протяженность ореола в многолетнемерзлых низкотемпературных литологически разнородных и разновозрастных породах, залегающих над россыпью, составляет 40 ? 50 м. Важно отметить, что криогенный геохимический ореол развивался в пределах низкотемпературных отложений (Т = ?8...?12? С). Распространяется он значительно глубже слоя годовых колебаний температуры, мощность которого в данном районе 10 ? 12 м. До недавнего времени исследователи считали, что мощность слоя активного развития геохимических «криогенных» процессов в криолитозоне относительно невелика и ограничивается подошвой слоя годовых колебаний температуры [12].
Другой пример ? формирование наложенных криогенных геохимических ореолов в толще ледников Тянь-Шаня, перекрывающих рудные тела месторождения Кум-тор. Их состав соответствует основным элементам рудного тела и эндогенного ореола их рассеяния. Над более богатыми участками рудного тела в леднике образуются и более контрастные геохимические аномалии Аи, Сг, Си, Мо, \МАд, гп, РЬ (таблица).
Строение криогенных геохимических полей характеризуется качественными (химические элементы и соединения) и количественными (их концентрация и протяженность ореолов рассеяния) показателями, отражающими закономерное распределение соответствующих характеристик в толще и на поверхности ледников. Максимальный вертикальный диапазон миграции элементов-индикаторов и, соответственно, мощность наложенного ореола (134 м) установлены на леднике Давыдова. Формирование локальных криогенных геохимических полей ледников обусловлено резкой геохимической неоднородностью и физико-химическими процессами в подстилающих отложениях, под действием которых происходит криогенная миграция элементов и их соединений в толще ледников. Современный возраст криогенных геохимических полей, установленых автором в горных ледниках Тянь-Шаня, не вызывает сомнений (рис. 2).
Очень интересен вопрос о скорости формирования наложенных криогенных геохимических ореолов рассеяния элементов. Движение крупных ледников Тянь-Шаня происходит со скоростью 4 ? 130 м/год. Расчеты гляциологов показывают, что во внутренних массивах Центрального Тянь-Шаня полный оборот массы вещества в ледниках происходит за 450 ? 900 лет [13]. Свидетелями
еще более древних событий являются ледники плоских вершин, отличающиеся наиболее замедленным оборотом вещества. Там можно встретить слои льда, образовавшиеся 1500 и даже 2000 лет назад. Следовательно, скорость миграции химических элементов, формирующих геохимические поля на поверхности холодного ледника, располагающегося на плоской вершине, должна быть не менее 10 см/год. Для теплого долинного ледника ? более 40 см/год. Только при таких значениях скорости субвертикальной миграции химических элементов геохимические поля могут сформироваться на поверхности ледника в пределах его языка. Однако реальные геохимические поля на ледниках незначительно смещены по направлению их движения. Высокая скорость фор-
■ -.V и-.-
г30*
л !
1 й
и
Ш
Рис. 2. Наложенный криогенный геохимический ореол на поверхности ледника: 1 - песчано-глинистые сланцы; 2? метасоматиты; 3 ? моренные от ложения; 4 ?ледник; 5 - геохимические аномалии в горных породах и льдах.
Внутренний массив Центрального Тянь-Шаня [http://picasaweb.google.com/M.KAPABAHOBЛ~LwlyC].
мирования геохимических полей, их морфология и характер распределения положительно и отрицательно заряженных ионов во льдах на поверхности ледников удовлетворительно объясняются электрохимической моделью их образования [14].
Экспериментальное установление теоретически предсказанного явления криогенного солевого рассеяния рудных компонентов внесло коренные изменения в существующие представления о природе и особенностях миграции рудных элементов и компонентов при отрицательной температуре [5 ? 8]. На основе результатов исследования криогенных геохимических полей возможно создание принципиально новых методик геохимических поисков погребенных месторождений полезных ископаемых [15].
Большое практическое значение обнаружения криогенных геохимических полей не ограничивается прогнозно-поисковыми работами на территории современной криолитозоны. В недавнем прошлом криогенные ландшафты существовали на периферии американских и европейских ледников. Эти обширные пространства были ареной формирования вторичных ореолов рассеяния криогенного типа. Следы мерзлотных процессов здесь многочисленны (погребенные криотурбации, земляные жилы и т.д.). Учитывая активное развитие процессов восходящей криогенной миграции элементов на территории палеокриолитозоны, можно ожидать эффективных результатов применения наземных и глубинных геохимических методов поиска погребенных рудно-россыпных объектов за пределами современной криолитозоны, например, на периферии Балтийского, Украинского и Воронежского кристаллических массивов.
Литература
1. Смирнов С. С., Дубовик М. М., Епифанов П. П. Минералогический очерк Яно-Адычанского района // Труды Института геологических наук АН СССР. Сер. Минералогия. ? 1941. ? Вып. 46. ? С. 1?62.
2. Сауков А. А. Гэохимия. ? М.: Высшая школа, 1966. ? 487 с.
3. Хокс Х. Е., Уэбб Д. С. Геохимические методы поисков минеральных мест орождений. ? М.: Мир, 1964. ? 487 с.
4. Швецов П. Ф. Криогенные геохимические поля на территории многолетней мерзлоты // Изв. АН СССР. Сер. Геол. ? 1961. ? № 1. ? С. 46?51.
5. Шварцев С. .Л. Геохимическая деятельность мерзлоты // Природа. ? 1975. ? № 6. ? С. 66?73.
6. Иванов О. П. О возможности обнаружения скрытых сульфидных рудных тел по криогенным солевым ореолам рассеяния // Геохимия. ?
1969. ? № 3. ? С. 367?371.
7. Макаров В. Н. Особенности гидрогеохимических поисков в области развития многолетнемерзлых пород // Материалы 2 Международного симпозиума «Мет оды прикладной геохимии». ? Новосибирск: Наука, 1983. ? С. 25?34.
8. Пит улько В. М. Вт оричные ореолы рассеяния в криолитозоне. ?Л.:Недра, 1977. ? 197с.
9. Макаров В. Н. Геохимические поля в криолитозо-не. ? Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 1998. ? 116 с.
10. Макаров В. Н., Федосеева В. И., Федосеев Н. Ф. Гэохимия снежного покрова Якутии. ? Якут ск: ИМЗ СО РАН, 1990. ? 152 с.
11. Погребняк Ю. Ф., Татьянкина Э. М. Ореолы рассеяние золота в снежном покрове на поверхности рудопроявлений // ДАН СССР. ? 1979. ? Т. 245, № 4. ? С. 953?955.
12. Иванова А. М., Куликов Ю. С., Егорова И. С. Геохимические ландшафты Яно-Индигирского региона. ? Л.:Недра, 1974. ?68с.
13. Бондарев Л. Г. Очерки оледенения массива Ак-Шийрак. ? Фрунзе: Изд-воАНКиргизССР, 1963. ?203 с.
14. Макаров В. Н. Естественные поля и элект рохи-мические аномалии на месторождениях полезных ископаемых в криолитозоне // Якупов В. С. Исследование мерзлых т олщ мет одами геофизики Якут ск: ЯФ изд-ва СО РАН, 2000. ? С. 179?189.
15. Способ геохимических поисков погребенных россыпей золота / В. Н. Макаров. Авторское свидетельство СССР, кл. в 01 V9/00, № 1246752.
